Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Подземные горные работы» для специальности 1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых (по направлениям)»

РАЗДЕЛ 7 ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ

7.1 Способы выемки полезного ископаемого при разработке калийных и пластовых месторождений

Для выемки полезных ископаемых применяются следующие способы выемки:

–механический

–буровзрывной;

–геотехнологический;

–гидравлический.

Механический способ представляет собой отбойку полезных ископаемых с помощью исполнительных органов комбайнов, стругов, врубовых машин, бурошнековых установок.

Буровзрывной способ состоит из: бурения шпуров, заряжения их взрывчатым веществом и взрывания зарядов.

Геотехнологический способ основан на выщелачивании или растворении полезных ископаемых.

Гидравлический способ применяется только для угля и представляет собой разрушение угля струей воды высокого давления, обладающей большой кинетической энергией.

ВРоссии и Канаде практически 100 % калийных солей добывается механическим способом как при столбовой или сплошной (лавы), так и при камерной (очистные ходки) системах разработки. На Старобинском месторождении лавами добывается более 80 % объемов руды, а камеры используются только при ведении горных работ в непосредственной близости от тектонических нарушений, в краевых зонах и при выемке широких целиков.

ВГермании и США более широко используется камерная система разработки с выемкой калийных солей как механическим, так и буровзрывным способами.

Выбор способа выемки зависит от горно-геологических условий (мощности пласта, угла падения, наличия геологических нарушений, складчатости и так далее), свойств полезного ископаемого и вмещающих пород. Не последнюю роль играют и затраты на выемку полезного ископаемого.

При выемке угля также преимущественно применяется механический способ выемки комбайнами. Его применяют как в лавах, так и в коротких очистных забоях (камерах).

Различают широкозахватную и узкозахватную выемку.

101

При широкозахватной выемке разрушение пласта в лаве осуществляется полосами шириной > 1 м, а при узкозахватной − ≤ 1 м. Узкозахватные комбайны при выемке калийных солей и угля перемещаются вдоль забоя по раме скребкового конвейера с помощью цепной или бесцепной системы подачи (БСП). В настоящее время применяется только узкозахватная выемка с БСП комбайна.

Разновидностью узкозахватной выемки является струговая выемка, при которой струг, двигаясь вдоль забоя, срезает стружку толщиной до 30 см.

В геотехнологическом способе выемки различают:

–естественное выщелачивание;

–искусственное выщелачивание.

Процесс естественного выщелачивания представляет собой выщелачивание различных элементов из горных пород потоками подземных вод.

Искусственное выщелачивание осуществляется в специальных промышленных установках. Способом выщелачивания добывается всего 2-3 % рудных полезных ископаемых.

Метод растворения применяется в промышленных масштабах при разработке месторождений каменной соли, каолина и других подобных им полезных ископаемых. Растворителем для них служит вода, но физикохимическая сущность процесса «растворения» для них неодинакова. Если каменная соль переходит в водный раствор, то каолин же не растворяется водой, а образует в ней взвешенную пульпу. Завершающим процессом добычи этих ископаемых является обратный процесс – выпаривание (соль) или осаждение (каолин).

7.2 Понятие об отбойке руды при очистных работах. Требования к процессам отбойки руды

Отбойка руды при очистных работах – это отделение части руды от массива посредством приложения внешней силы.

Применяемые при очистных работах способы отбойки руды освещены в предыдущем разделе.

Так как почти все руды отличаются большой крепостью, то для их отбойки, в основном, используют буровзрывной способ, который можно разбить на три операции: бурение шпуров (скважин); их заряжение, взрывание зарядов.

Основные требования к процессам отбойки руды:

1 Отрыв от массива и раздробление на куски определенной крупности, удобные для погрузки и транспортирования принятыми средствами

102

механизации. Наилучший результат достигается в тех случаях, когда правильно подобраны параметры буровзрывных работ (число врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, их глубина, расположение и величина заряда в отдельных шпурах). Поэтому в каждом отдельном случае обязательным является составление паспорта буровзрывных работ (БВР).

2 Отброс отбитой руды в места, удобные для погрузки.

3 Оконтуривание (придание заданной формы) сечения при проходке горных выработок.

В некоторых случаях данные требования могут быть дополнены другими требованиями, отражающими специфику горно-геологических и горнотехнических условий.

7.3 Преимущества и недостатки комбайнового способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом

Для очистной выемки калийных солей применяются два способа:

–буровзрывной;

–механический.

На Старобинском месторождении буровзрывной способ применялся на самой ранней стадии его разработки, а затем с учетом небольшой крепости руды был осуществлен переход на механический способ очистной выемки вначале комбайнами ШБМ-2 со скреперной доставкой руды до панельного штрека, а затем более высокопроизводительными комбайнами типа ПК-8 и Урал-10КС при камерной системе разработки. Начиная с середины восьмидесятых годов выемка всех калийных пластов на Солигорских рудниках ведется лавами, в которых используются механизированные комплексы с валовой и селективной выемкой руды.

Преимущества механического (комбайнового) способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом заключаются в обеспечении более безопасных условий труда, высокой производительности и отсутствии ручного труда, а недостатки – невозможность применения для разрушения крепких пород и более высокая себестоимость добычи из-за больших денежных затрат на оборудование механизированных комплексов.

7.4 Комплексно-механизированные очистные забои и механизированные комплексы при отработке пластовых месторождений

В настоящее время добыча полезных ископаемых на пластовых месторождениях (угольных, сланцевых, калийных) ведется в комплексномеханизированных очистных забоях с использованием различных вариантов

103

столбовой или сплошной систем разработки и различных технологических схем. На рисунке 6.4 показана технологическая схема подготовки и отработки калийного пласта двухкомбайновой лавой с использованием столбовой системы на Старобинском месторождении. В данной технологической схеме применен панельный способ подготовки с отработкой выемочного столба валовой двухкомбайновой лавой.

Подготовка панели начинается с проходки от капитальных (магистральных) выработок панельного конвейерного штрека 1, конвейерного 2 и вентиляционного 3 штреков лавы. Проведение вентиляционного штрека 3 осуществляется с помощью вспомогательных выработок 6, которые используются в дальнейшем для проходки транспортного штрека 4. При необходимости охраны транспортного штрека вместе с ним проходится разгружающая выработка 5 или в самом транспортном штреке оформляются компенсационные щели (смотри раздел 4.11).

Воднокомбайновой лаве из схемы подготовки панели исключается центральный вентиляционный штрек 3, а транспортный штрек 4 превращается

ввентиляционный. При этом рядом с панельным конвейерным штреком 1 проводится панельный транспортный штрек. После проходки всех выработок до границы панели, там перпендикулярно подготовительным выработкам проводится монтажный штрек, в котором монтируется механизированный комплекс, состоящий из узкозахватного очистного комбайна, забойного скребкового конвейера, механизированной крепи, крепи сопряжения, насосной станции, а также гидро и электрооборудования.

Вдвухкомбайновой лаве (смотри рисунок 6.4) комбайны поочередно зарубаются с центрального вентиляционного штрека 3 и перемещаются в противоположных направлениях – один к конвейерному штреку 2, другой к транспортному штреку 4.

Очистные комбайны, перемещаясь вдоль лавы разрушают своими шнеками узкую полосу (0,8 м) полезного ископаемого и с помощью погрузочных щитков грузят его на забойный конвейер. С забойного конвейера полезное ископаемое выгружается вначале на штрековый скребковый конвейер, а затем на ленточный конвейер, который транспортирует полезное ископаемое до магистрального ленточного конвейера, смонтированного в капитальной выработке. Одновременно с выемкой полезного ископаемого осуществляется передвижка забойной крепи. Передвижка забойной крепи может производиться как впереди, так и позади комбайнов. После вырубки комбайнов на конвейерный и транспортный штреки они отгоняются назад на вентиляционный штрек с одновременным подбором шнеками просыпи на почве лавы. После этого производится передвижка забойного конвейера и комбайны могут начинать выемку следующей полосы полезного ископаемого.

104

В однокомбайновой лаве очистной комбайн зарубается с конвейерного штрека лавы 2 и ведет выемку полезного ископаемого в направлении к вентиляционному штреку с одновременной передвижкой забойной крепи впереди или позади комбайна. Дойдя до вентиляционного штрека очистной комбайн отгоняется назад на конвейерный штрек с одновременным побором шнеками просыпи на почве лавы. После этого производится передвижка забойного конвейера и комбайн может начинать выемку следующей полосы полезного ископаемого.

Схема работы комбайна с выемкой полезного ископаемого в одном направлении и последующим отгоном в противоположном направлении называется последовательной или односторонней. При челноковой схеме очистной комбайн ведет выемку полезного ископаемого в обоих направлениях, поэтому исключается технологическая операция по отгону комбайна. Вслед за проходом комбайна передвигается не только забойная крепь, но и забойный конвейер. Забойный конвейер в этом случае обязательно должен быть изгибающимся. Шаг передвижки забойной крепи и конвейера равен ширине захвата комбайна и составляет обычно 0,8 м.

Комплексно-механизированные очистные забои оснащены самыми современными механизированными комплексами, включающими:

–узкозахватную выемочную машину (комбайн с шириной захвата 0,63- 1,0 м или струг с высокой энерговооружейностью и шириной стружки до 0,3 м);

–механизированную забойную крепь с достаточным для безопасного поддержания призабойного пространства рабочим сопротивлением до 10001200 кН/м2 и механизированную крепь сопряжения;

–двухцепной или трехцепной скребковый конвейер, позволяющий транспортировать полезное ископаемое в лавах длиной 250-300 м при высокой производительности выемочных машин.

7.5 Очистные комбайны и механизированные крепи для длинных очистных забоев

Очистные комбайны

В настоящее время в длинных очистных забоях (лавах), отрабатывающих пологие угольные и калийные пласты, используется множество различных узкозахватных очистных комбайнов. Например, на Солигорских рудниках в зависимости от способа выемки и мощности калийных пластов (слоев) применяются следующие типы узкозахватных очистных комбайнов:

Для валовой выемки Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3 и 3 Третьего калийного пласта мощностью 1,8-2,6 м − СЛ-300, СЛ-300/400.

105

Для выемки 4 сильвинитового слоя Третьего калийного пласта мощностью 1,1-1,4 м − СЛ-300НЕ, СЛ-300Н, ЕВ-200/230 ЛН.

Для селективной выемки Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3 и 3 Третьего калийного пласта мощностью 1,8-2,6 м − СЛ-500С и зарубочный комбайн ЕСА-150Л или СЛ-300Е.

Для селективной выемки пятислойного пласта на Первом калийном горизонте (сильвинитовые слои 3, 4, 5 и галитовые слои 3-4, 4-5) мощностью 2,0-2,2 м − СЛ-500С и зарубочный комбайн ЕСА-150Л или СЛ-300Е.

На рисунках 7.1 и 7.2 показаны очистные комбайны СЛ-300 и СЛ-500С для валовой и селективной выемки калийных пластов, а в таблице 7.1 приведена техническая характеристика очистных комбайнов, применяемых на Солигорских рудниках.

1 – узел резания, состоящий из исполнительного органа (шнека), рукояти (6) со встроенным в нее электродвигателем; 2 – привод маханизма подачи; 3 – электроблок; 4 – система анкерных стяжек; 5 – механизм подачи;

6 – рукоять; 7 – погрузочный щиток Рисунок 7.1 – Двухшнековый комбайн СЛ-300

для валовой выемки калийных пластов

Комбайн СЛ-300 для валовой выемки калийных пластов (смотри рисунок 7.1) выполнен в виде отдельных блоков, стянутых в продольном и попереченом направлениях анкерными стяжками (4) и установленных на несущую раму, включающую опорные катки, лыжи и захваты.

106

На раме установлены два привода (2) бесцепной системы подачи (5) и электроблок (3), содержащий устройство управления и пылеотсасывающую установку.

На концах комбайна расположены исполнительные органы (шнеки) – (1) диаметром 1200 или 1400 мм со щитками (7) для погрузки руды на забойный конвейер. Приводы шнеков размещены в рукоятях (6), подъем и опускание которых осуществляется гидравлически.

Комбайн СЛ-500С для селективной выемки калийных пластов (смотри рисунок 7.2) сконструирован на базе комбайна СЛ-300 и имеет те же основные узлы.

1, 2 – верхний и нижний выдвижные шнеки; 3 – гидроблок; 4 – механизм подачи; 5 кронштейн; 6 – рукоять; 7 – погрузочный щиток;

8 – механизм перемещения рукоятия; 9 – электроблок; 10 – трансформаторная коробка

Рисунок 7.2 – Двухшнековый комбайн СЛ-500С для селективной выемки калийных пластов

Отличительной особенностью конструкции двухшнекового селективного комбайна СЛ-500С является возможность выдвижения каждого шнека относительно стандартного положения в сторону забоя на ширину захвата комбайна – 0,8 м. Диаметр верхнего шнека соответствует мощности верхнего сильвинитового слоя, а диаметр нижнего шнека составляет 1,4 м.

107

Таблица 7.1 – Техническая характеристика очистных комбайнов и механизированных крепей для выемки калийных солей в лавах Солигорских рудников

108

Продолжение таблицы 7.1

109

Механизированные крепи для длинных очистных забоев. Назначение, конструкция, выполняемые операции

Всостав современных механизированных комплексов кроме очистного комбайна входит механизированная забойная крепь с крепью сопряжений лавы

сподготовительными выработками и забойный скребковый конвейер. Наиболее важную роль в комплексах играет механизированная крепь, так как ее назначением является обеспечение безопасного состояния кровли в призабойном пространстве лавы и эффективное управление ею в выработанном пространстве. Кроме того, в задачи механизированной крепи входит выполнение следующих операций:

– опускание секций перед ее передвижкой;

– передвижку секции в направлении к забою;

– установку гидростоек секции после передвижки в начальный распор с заданным усилием;

– передвижку забойного конвейера в направлении к забою».

Крепь сопряжений дополнительно выполняет операцию по передвижке эстакады забойного конвейера.

После монтажа и до полной отработки выемочного столба механизированная крепь непосредственно взаимодействует с породами кровли и оказывает существенное влияние на условия совместной работы системы «крепь-боковые породы».

Вкачестве основного классификационного признака механизированных крепей принято соотношение проекций поддерживающей (ℓпп) и оградительной (ℓпо) частей перекрытий на почву.

На рисунке 7.3 показаны типы механизированных крепей с различным соотношением (ℓпп) и (ℓпо), которые по этому признаку делятся на оградительноподдерживающие, поддерживающе-оградительные и поддерживающие.

Оградительно-поддерживающая крепь (смотри рисунок 7.3, а)

осуществляет частичное поддержание пород кровли над рабочим пространством (ℓпп = min). Имеет более развитое ограждение (ℓпо > ℓпп), предотвращающее проникновение обрушенных пород кровли в рабочее пространство. Линия обрушения кровли проходит над рабочим пространством.

Поддерживающе-оградительная крепь отличается более развитой поддерживающей частью (ℓпп > ℓпо). Может иметь два ряда стоек (рисунок 7.3, б) или один ряд стоек с управляющим гидроцилиндром (смотри рисунок 7.3, в). Линия обрушения кровли проходит над рабочим пространством.

110